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[摘 要]通过对传统带式输送机结构及传动形式进行了分析，总结了现有技术存在的缺陷及实际使用过程中经常出现的问题，并提出了新的传动方案。
[关键词]带式输送机；地基；传动形式；传动滚筒；花键；强度
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0006-01
1 传统带式输送机结构及传动形式存在的缺陷及问题
带式运输机是一种连续运输设备，它是现代传输系统中的一个重要环节。原煤炭部标准产品DTL100/63/2×75带式输送机减速机采用伞齿轮和锥齿轮直角传动方式，由于传动力矩存在90°偏斜，在使用过程中频繁出现输入轴轴承损坏；减速机和滚筒连接采用内外齿联轴器连接，联轴器在和滚筒安装连接时出现盲装，比较费时费力，且内外齿在使用过程中受冲击负荷容易打齿；皮带主滚筒装配采用孔洞式结构，装配和更换过程中较困难；滚筒轴承装配在滚筒内部，不便于维护检查；整机结构由于减速机和电机悬挂在皮带机一侧，在使用过程中易造成机头架重心偏斜。
更改产品DTL100/63/2×90带式输送机传动结构较简单，采用内置式行星减速机，电机横向布置在机头滚筒轴线上。该皮带安装需要浇灌整体机头基础，因机头宽度较大，需做机头峒室。主要优点是结构简单，安装方便。缺点是在井下使用过程中如果出现巷道底鼓变形，滚筒损坏率较高，由于内置式行星减速机将整个减速装置置于传动滚筒内部，使传动滚筒整体结构变得相当复杂，对安装精度要求相对较高，一般安装稍有偏差就会导致传动滚筒损坏几率大幅上涨，由于井下环境限制，安装精度不易保证，且一旦在传动滚筒损坏，井下不能修理，出现问题后运换时间较长。
2 DTL100/60/2×90（J）新型带式输送机
DTL100/60/2×90（J）新型输送机是针对以上两种问题的出现所专门研制的新型带式输送机。目前已获得实用新型专利，专利号为2013206180155，发明专利进入受理公示阶段，专利2013104650466。
2.1 传动形式设计
为节约井下安装所需要的空间，避免因带式输送机变型导致偶尔器易损坏的问题，特将该带式输送机的传动部位高度集中，传动方案为：电机通过偶合器与减速机连接，传动滚筒轴直接插入减速机，通过渐开线花键进行传动，减速机直接挂在带式输送机机头侧架上，电机通过电机底座固定在带式输送机机头架内侧，这样即便机头架地基发生变型或者倾斜，电机、减速机、偶合器以及传动滚筒随着带式输送机的移动而整体移动，中间找正环节没有被破坏，而且减速机直接悬挂于机头架侧架上，节约了井下巷道空间，减少了大量的劳动量及劳动时间。
2.2 传动滚筒强度校核及受力分析（图1）
传动滚筒工作时，其表面受压的径向载荷从松动符合指数规律，即外载荷可表示为：
式中，α—筒皮的纵向相对坐标（绝对坐标除以筒皮的中面半径R）；β—筒皮的切向相对坐标；β0—大于半圆的围包角，rad；f—输送带与滚筒之间的静摩擦因数；Zx—输送带奔离点张力，N；R—筒体中面半径，cm；B—载荷区的纵向宽度即带宽，cm。
图中，Zs表示输送带冲遇点张力， ZS=Zxexp[f（+）]，α是以筒壳的左端为原点， 向右为正。β是以筒壳的垂直中心线为原点，逆时针为正， 并且β是以弧度为单位的角度坐标。
令α1= l2/ R ；q= B / R
式中，l—滚筒两辐板之间的距离， cm；q—载荷区的相对宽度， m。
传动滚筒由等厚度薄钢板卷制而成， 接头处采用焊接处理。传动滚筒在运转时， 筒壳不允许发生塑性变形。所以应将传动滚筒当作弹性圆柱薄壳的弯曲问题求解。为了便于计算， 筒壳的两端可视为简支。而闭合的圆柱壳在简支边界条件下， 位移函数F （α，β）是双重富氏级数， 同时外载荷Z（α，β） 也可表示为双重富氏级数的形式。将F （α，β）和Z（α，β）带入传动滚筒筒壳中面上的位移平衡方程（ 八阶偏微分方程） ， 即可求得在外载荷作用下传动滚筒壳体内各内力的计算式。
纵向薄膜力N 1（α，β） 、切向薄膜力N 2（α，β）、平错剪力S（α，β） 、纵向弯矩M 1 （α，β）、切向弯矩M2 （α，β） 、纵向扭矩M12（α，β）。在上述各内力的作用下， 传动滚筒筒壳内表面及外表面上产生的应力要高于同点壳体内的应力。壳面上的应力可按下式计算：
式中，“+”——求内表面应力式；“—”—求外表面应力式；t—筒皮厚度，cm； —筒皮的纵向应力，Pa；—筒皮的切向应力，Pa；—筒皮的剪切应力，Pa。
计算及有关的研究均表明， 筒壳中央部分的各个径向截面上， 由受压到受拉， 每转应力变化6～12 次。最大的应力产生于筒壳的中部即l 2/ 2 处，应力实际值与R 、t、l2、Z 等参数有关。筒壳的许用应力[]，根据国际上的一般规定≤[σ]=49 MPa。
3 传动滚筒轴花键挤压强度校核
MPa
式中，转矩，N·mm；P—电机功率；N—电机转速；I—减速机速比；—各齿载荷不均匀系数（一般取）；Z—齿数；—花键连接许用挤压应力（见表3-3-15），MPa；—齿的工作长度，mm；为平均直径，mm；矩形花键，渐开线花键（分度圆直径）；D为大径，d为小径；为齿的工作高度（mm）；矩形花键，C为倒角尺寸； 渐开线花键；m为模数。
4 DTL100/60/2×90（J）新型带式输送机的特点
（1）采用可组装式整体底盘结构形式，传动滚筒和电机布置在机头架内，动力传动采用“凹”型传动模式，输送机机头结构紧凑，占用巷道面积较小，不需再开机头硐室。
（2）在临时使用情况下不用浇灌专用基础，安装在底板打上打上戗柱就可以运行。在使用中如遇到巷道底鼓情况不严重情况下可以正常运行，胶带机各部传动部位对中不受影响。底鼓严重情况下只要把机头架下底鼓部分掏掉把机头落平即可使用。
（3）传动滚筒采用外置式轴承座，检查维护及更换方便。
（4）滚筒与减速机连接取消联轴器，直接采用减速机和滚筒轴花键连接方式，安装、找正快速，更换方便。
（5）减速机采用平行轴传动，克服了直交轴传动故障率高的缺点，如损坏后在井下现场环境中具有可维修性。
（6）整机中心平稳，克服了机头架在运行中产生的产生的自身偏斜问题。
5 小 结
通过水矿集团公司各矿井20余台新型带式输送机的推广使用，使用期长的已有1年多，均在正常使用，并取到了良好效果。通过对传统带式输送机常见问题进行分析，根据各个环节强度校核计算，对传统的传动方式进行大胆优化及改进，使带式输送机能更好的适应于实际使用环境。但由于各单位生产环境不同，带式输送机在使用过程中出现的问题也复杂多样，还有待于进一步研究。
[关键词]带式输送机；地基；传动形式；传动滚筒；花键；强度
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）29-0006-01
1 传统带式输送机结构及传动形式存在的缺陷及问题
带式运输机是一种连续运输设备，它是现代传输系统中的一个重要环节。原煤炭部标准产品DTL100/63/2×75带式输送机减速机采用伞齿轮和锥齿轮直角传动方式，由于传动力矩存在90°偏斜，在使用过程中频繁出现输入轴轴承损坏；减速机和滚筒连接采用内外齿联轴器连接，联轴器在和滚筒安装连接时出现盲装，比较费时费力，且内外齿在使用过程中受冲击负荷容易打齿；皮带主滚筒装配采用孔洞式结构，装配和更换过程中较困难；滚筒轴承装配在滚筒内部，不便于维护检查；整机结构由于减速机和电机悬挂在皮带机一侧，在使用过程中易造成机头架重心偏斜。
更改产品DTL100/63/2×90带式输送机传动结构较简单，采用内置式行星减速机，电机横向布置在机头滚筒轴线上。该皮带安装需要浇灌整体机头基础，因机头宽度较大，需做机头峒室。主要优点是结构简单，安装方便。缺点是在井下使用过程中如果出现巷道底鼓变形，滚筒损坏率较高，由于内置式行星减速机将整个减速装置置于传动滚筒内部，使传动滚筒整体结构变得相当复杂，对安装精度要求相对较高，一般安装稍有偏差就会导致传动滚筒损坏几率大幅上涨，由于井下环境限制，安装精度不易保证，且一旦在传动滚筒损坏，井下不能修理，出现问题后运换时间较长。
2 DTL100/60/2×90（J）新型带式输送机
DTL100/60/2×90（J）新型输送机是针对以上两种问题的出现所专门研制的新型带式输送机。目前已获得实用新型专利，专利号为2013206180155，发明专利进入受理公示阶段，专利2013104650466。
2.1 传动形式设计
为节约井下安装所需要的空间，避免因带式输送机变型导致偶尔器易损坏的问题，特将该带式输送机的传动部位高度集中，传动方案为：电机通过偶合器与减速机连接，传动滚筒轴直接插入减速机，通过渐开线花键进行传动，减速机直接挂在带式输送机机头侧架上，电机通过电机底座固定在带式输送机机头架内侧，这样即便机头架地基发生变型或者倾斜，电机、减速机、偶合器以及传动滚筒随着带式输送机的移动而整体移动，中间找正环节没有被破坏，而且减速机直接悬挂于机头架侧架上，节约了井下巷道空间，减少了大量的劳动量及劳动时间。
2.2 传动滚筒强度校核及受力分析（图1）
传动滚筒工作时，其表面受压的径向载荷从松动符合指数规律，即外载荷可表示为：
式中，α—筒皮的纵向相对坐标（绝对坐标除以筒皮的中面半径R）；β—筒皮的切向相对坐标；β0—大于半圆的围包角，rad；f—输送带与滚筒之间的静摩擦因数；Zx—输送带奔离点张力，N；R—筒体中面半径，cm；B—载荷区的纵向宽度即带宽，cm。
图中，Zs表示输送带冲遇点张力， ZS=Zxexp[f（+）]，α是以筒壳的左端为原点， 向右为正。β是以筒壳的垂直中心线为原点，逆时针为正， 并且β是以弧度为单位的角度坐标。
令α1= l2/ R ；q= B / R
式中，l—滚筒两辐板之间的距离， cm；q—载荷区的相对宽度， m。
传动滚筒由等厚度薄钢板卷制而成， 接头处采用焊接处理。传动滚筒在运转时， 筒壳不允许发生塑性变形。所以应将传动滚筒当作弹性圆柱薄壳的弯曲问题求解。为了便于计算， 筒壳的两端可视为简支。而闭合的圆柱壳在简支边界条件下， 位移函数F （α，β）是双重富氏级数， 同时外载荷Z（α，β） 也可表示为双重富氏级数的形式。将F （α，β）和Z（α，β）带入传动滚筒筒壳中面上的位移平衡方程（ 八阶偏微分方程） ， 即可求得在外载荷作用下传动滚筒壳体内各内力的计算式。
纵向薄膜力N 1（α，β） 、切向薄膜力N 2（α，β）、平错剪力S（α，β） 、纵向弯矩M 1 （α，β）、切向弯矩M2 （α，β） 、纵向扭矩M12（α，β）。在上述各内力的作用下， 传动滚筒筒壳内表面及外表面上产生的应力要高于同点壳体内的应力。壳面上的应力可按下式计算：
式中，“+”——求内表面应力式；“—”—求外表面应力式；t—筒皮厚度，cm； —筒皮的纵向应力，Pa；—筒皮的切向应力，Pa；—筒皮的剪切应力，Pa。
计算及有关的研究均表明， 筒壳中央部分的各个径向截面上， 由受压到受拉， 每转应力变化6～12 次。最大的应力产生于筒壳的中部即l 2/ 2 处，应力实际值与R 、t、l2、Z 等参数有关。筒壳的许用应力[]，根据国际上的一般规定≤[σ]=49 MPa。
3 传动滚筒轴花键挤压强度校核
MPa
式中，转矩，N·mm；P—电机功率；N—电机转速；I—减速机速比；—各齿载荷不均匀系数（一般取）；Z—齿数；—花键连接许用挤压应力（见表3-3-15），MPa；—齿的工作长度，mm；为平均直径，mm；矩形花键，渐开线花键（分度圆直径）；D为大径，d为小径；为齿的工作高度（mm）；矩形花键，C为倒角尺寸； 渐开线花键；m为模数。
4 DTL100/60/2×90（J）新型带式输送机的特点
（1）采用可组装式整体底盘结构形式，传动滚筒和电机布置在机头架内，动力传动采用“凹”型传动模式，输送机机头结构紧凑，占用巷道面积较小，不需再开机头硐室。
（2）在临时使用情况下不用浇灌专用基础，安装在底板打上打上戗柱就可以运行。在使用中如遇到巷道底鼓情况不严重情况下可以正常运行，胶带机各部传动部位对中不受影响。底鼓严重情况下只要把机头架下底鼓部分掏掉把机头落平即可使用。
（3）传动滚筒采用外置式轴承座，检查维护及更换方便。
（4）滚筒与减速机连接取消联轴器，直接采用减速机和滚筒轴花键连接方式，安装、找正快速，更换方便。
（5）减速机采用平行轴传动，克服了直交轴传动故障率高的缺点，如损坏后在井下现场环境中具有可维修性。
（6）整机中心平稳，克服了机头架在运行中产生的产生的自身偏斜问题。
5 小 结
通过水矿集团公司各矿井20余台新型带式输送机的推广使用，使用期长的已有1年多，均在正常使用，并取到了良好效果。通过对传统带式输送机常见问题进行分析，根据各个环节强度校核计算，对传统的传动方式进行大胆优化及改进，使带式输送机能更好的适应于实际使用环境。但由于各单位生产环境不同，带式输送机在使用过程中出现的问题也复杂多样，还有待于进一步研究。